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日本的卫星量子通信实验和中国的比有什么不一样

2017-07-13 17:52:59 来源: 观察者网(上海)
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(原标题:日本卫星量子通信实验成功 来和中国的对比一下)

日本信息通信研究机构7月11日宣布首次用超小型卫星成功进行了量子通信实验,该机构称这使超远距离、高保密性卫星通信网研究向前迈进一大步。日本信息通信研究机构称,他们使用一颗名为SOCRATES的超小型卫星进行了量子通信实验,在卫星和位于东京都小金井市的一个地面站之间成功进行了光子单位的信息传送。

SOCRATES卫星只有50千克,搭载一个重6千克的小型量子通信传输装置,在600公里高的轨道上以每秒7千米的速度高速移动,并以每秒1000万比特(bit)的速率向地面站发送光信号。地面站一边接收一个个光子一边将信号复原。

日本信息通信研究机构说,这一研究表明,原本需要大型卫星的量子通信现在也可以用更低成本的小型卫星来实现,预计未来将有更多研究机构和企业投入到量子通信产业中,这有助于太空产业的进一步发展。

相关研究成果已发表在英国《自然·光子学》月刊网络版上。

以下为知乎网友“灌水专业户”将中日两国的量子卫星做的对比,观察者网获授权转载,供读者参考:

恰好科大的团队在前几天在arxiv上面挂出了我国量子卫星在量子秘钥分发方面的实验结果:

[1707.00542] Satellite-to-ground quantum key distribution

可以稍微来做一个对比。

一、日本的这项工作的重要亮点在于卫星是超小型的,只有50千克重。我国的量子卫星重量为600千克,是他们的12倍重。

二、日本卫星50千克的重量中,最重要的一个部分是Small Optical TrAnsponder terminal,也就是用来发射信号光子的,重复频率为10MHz,重量为5.9千克。我国发射信号光子部分的重复频率为100MHz,比日本高一个数量级。同时,辅助有诱骗态技术,能克服一些重要的技术上的漏洞。

我国的量子卫星发射部分示意图:

日本的卫星量子通信实验和中国的比有什么不一样

可以看出很复杂,基本就是在卫星上面搭了一遍实验室平台上的光路。

日本量子卫星示意图:

日本的卫星量子通信实验和中国的比有什么不一样

三、日本量子卫星严重压缩了重量,导致其实验结果差我国的量子卫星的不是一丁半点。他们也就是勉强实现误码率低于百分之五的安全阈值,在文章中他们展示了测量的一分钟的数据,可以看到只有其中12秒是勉强小于百分之五的。

日本的卫星量子通信实验和中国的比有什么不一样

我国量子卫星的数据如下:

日本的卫星量子通信实验和中国的比有什么不一样

在275秒范围内,都是远小于安全阈值百分之五。

并且没有在文章中找到日本他们的密钥码率有多少,估计是低到没有办法展示。只是他们在文章的最后部分说到,未来经过一系列的改进之后,可能能达到10~100 bit/s。

我国量子卫星的密钥码率数据如下:

日本的卫星量子通信实验和中国的比有什么不一样

可以看出,都是远好于未来他们改进之后的结果的。

四、卫星能完成的任务是不一样的。日本的只能做最简单的单光子量子秘钥分发,而,我国的量子卫星上面携带了纠缠源,前段时间做的超过1200公里纠缠分发的实验以封面形式发表在了最顶级期刊之一《科学》上。

https://www.zhihu.com/question/61158553

最近又在arxiv上挂出了他们做的卫星和地面之间的量子隐形传态实验:

[1707.00934] Ground-to-satellite quantum teleportation

五、两国量子卫星的发展前景是不一样的。

日本他们在文章的最后讨论部分写了这样的话:

日本的卫星量子通信实验和中国的比有什么不一样

他们这种微型卫星想再做进一步的提高是非常困难的。

而,我国的量子卫星这篇文章最后的讨论部分是这样的:

日本的卫星量子通信实验和中国的比有什么不一样

说的是,近地轨道的量子卫星有一些缺点,所以准备在未来发射更高轨道的量子卫星,同时需要望远镜系统,波前矫正系统等方面进行优化。并且还准备大幅提高抗干扰能力,使其能在白天也能够工作。

这篇文章的结尾是这样的:

日本的卫星量子通信实验和中国的比有什么不一样

综上所述,

日本量子卫星基本上就是,“快看,我用50千克重量的卫星就实现了误码率小于百分之五”。

我国的量子卫星是,“我才不关心卫星有多重,我的目标是星辰大海”。

侯维铖 本文来源:观察者网 责任编辑:侯维铖_NT4124
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